El concepto de una aeronave no tripulada a bordo AWACS
В artículo anterior La Figura 1 muestra un diagrama y describe el concepto de un avión AWACS de brazos combinados diseñado para reemplazar el avión A-100. Los principios de construcción que se presentan allí también se utilizan para los AWACS de a bordo. En primer lugar, un aumento en la altitud de vuelo del AWACS hasta 16-18 km permite limitar el área de exploración de su radar solo al hemisferio inferior. En segundo lugar, la instalación del ala en el techo del fuselaje permite colocar un conjunto de antenas en fase activa (AFAR) del área máxima disponible en su superficie lateral libre.
Para un crucero que transporta aviones (AK o UDC), es deseable tener su propio UAV AWACS de tamaño pequeño. A diferencia de las armas combinadas, un AWACS a bordo de un barco debe (además de detectar objetivos aéreos) apoyar ataques contra objetivos aéreos, terrestres y marítimos atacantes hasta la guía de misiles. Si para un AWACS de armas combinadas era más importante medir el azimut del objetivo, y los cazabombarderos (IS) podían medir la altitud del objetivo, entonces los misiles de guía AWACS del barco también deberían medir con precisión el ángulo de elevación. Por lo tanto, el AFAR, que (como en la Fig. 1) tiene una longitud 6 veces la altura, no es adecuado para un AWACS de a bordo.
El artículo "El concepto de portaaviones ..." los requisitos fueron corroborados: la masa de un UAV AWACS no debe exceder de 5 a 6 toneladas, y una envergadura de 18 a 20 m.
El AWACS a bordo no debe realizarse como una copia del esquema Fig. 1, realizado a escala 1: 2. Dado que se debe aumentar la altura del AFAR lateral.
1. El diseño del UAV AWACS
Propuesto en la Fig. 2 el dibujo del UAV debe ser editado por un aerodinámico. La figura refleja solo el diseño general de las alas del UAV e indica las limitaciones de las áreas de exploración de la antena del radar causadas por las alas.
La figura. 2
La aeronave está construida con un diseño en tándem de dos alas.
El alerón delantero tiene un barrido inverso, similar al alerón del IB Su-37. La unidad de cola está hecha con dos quillas, en las que se encuentra el alerón trasero, que también desempeña el papel de estabilizador. Las quillas y las superficies laterales del fuselaje forman un solo plano, con las quillas extendidas hacia adelante hasta el comienzo del ala delantera.
El aumento en la altura del AFAR lateral también se logra debido a que la entrada de aire se extiende y se estira debajo del alerón delantero.
El chasis de este UAV está construido de manera similar al UAV (Fig. 1) para un tipo de bicicleta. En consecuencia, se instalan pequeñas ruedas de metal en las puntas del alerón delantero, y las secciones exteriores del ala de 3,5 m de largo pueden bajar sin tocar ligeramente la pista. El descenso se realiza cuando el UAV ya está rodando por la pista.
El lado AFAR se divide en 3 partes. El rectángulo central (que mide 4,2x2 m) se encuentra entre las alas y contiene módulos transceptores (PPM). La ausencia de un ala sobre esta parte del AFAR le permite escanear tanto el hemisferio superior como el inferior, lo cual es necesario para detectar misiles volando desde arriba.
Las partes extremas del AFAR lateral (2,1x1,33 m de tamaño) consisten en módulos puramente receptores. Se utilizan para aumentar la potencia de la señal recibida y mejorar la precisión de la medición del azimut de los objetivos ubicados en el hemisferio inferior.
La ubicación de las tres partes del APAR y las alas a diferentes alturas lleva al hecho de que el escaneo en diferentes hemisferios se realiza en diferentes partes del APAR. El barrido en el hemisferio superior se realiza solo por la parte central y solo en el rango de acimut de ± 30 ° con respecto al eje APAR. Al escanear el hemisferio inferior con una desviación del haz hacia adelante, el alerón delantero obstruye el tercio superior de la parte central del AFAR. Por lo tanto, en las direcciones de avance, con deflexiones del haz de más de 1 °, solo se utilizan los 3/30 izquierdos e inferiores de la parte central del AFAR. En otras direcciones de + 2 ° a -3 °, se utilizan las tres partes del AFAR.
2. Características de las opciones de radar para UAV
El requisito de aumentar la precisión de la medición de las fuerzas del ángulo de elevación para reducir la longitud de onda del radar. Se puede seleccionar un rango de 10 cm o 5,5 cm.
Si se elige 10 cm, entonces es necesario tener en cuenta que el mayor peligro para el UAV es el radar multifuncional Aegis (MF) del sistema de misiles de defensa aérea Aegis, que opera con λ = 9-10 cm, por lo que para poder suprimir este radar seleccionaremos este mismo rango para AWACS.
A continuación, lo denotaremos, como es habitual en los radares, de forma simplificada - λ = 10 cm.
2.1 Variante de un radar que funciona en el rango λ = 10 cm
En AWACS (Fig. 2), la longitud de onda λ disminuyó 2,2 veces, en comparación con AWACS (Fig. 1), que redujo el ancho del haz de la parte central a 1,3 * 2,8 °. Si se utilizan las 3 partes del AFAR para la recepción, el ancho del haz será de 0,7 * 2,8 °.
La parte central contiene 2568 PPM (88 * 36) y las laterales, 1056 módulos receptores cada una. La potencia de pulso del PPM deberá reducirse a 18 W. Luego, el consumo de energía de todo el AFAR lateral disminuirá a 32 kW. AFAR peso 400 kg.
El AFAR nasal opera en el mismo rango de 9 a 10 cm y tiene un área total de aproximadamente 1 metro cuadrado. El valor del área exacta del líquido se determinará después del diseño del cono de punta. La refrigeración líquida permite aumentar la potencia PPM hasta 50 W. Con el número total de PPM 360–400, el consumo de energía será de 14 kW. AFAR peso 80 kg.
Para aumentar la precisión de la medición del azimut del objetivo en el borde de ataque del ala delantera, se instalan tres AFAR adicionales de recepción pura, que tienen la forma de tres reglas acopladas: el lado izquierdo del ala, central, derecho. Su longitud total es de 11 m, el número de módulos receptores es de 232.
Como resultado, resulta que, a pesar del pequeño tamaño del UAV, las características de su radar no son muy inferiores a las del radar A-100. Aquí hay breves estimaciones de las características de rendimiento de esta versión del UAV:
• peso al despegue: 5,5-6 t
• envergadura: 19 m
• longitud del fuselaje - 11 m
• peso del combustible - 2,5 t
• altitud de vuelo: 16-18 km
• velocidad de crucero - 600 km / h
• tiempo de vuelo - 10 h
• velocidad de aterrizaje - 120 km / h.
Los rangos de detección del objetivo en la dirección de los ejes laterales AFAR serán:
- IB tipo F-16 con una superficie reflectante efectiva (EOC) de 2 m550. m - XNUMX km;
- misiles antibuque de baja altitud con un intensificador de imagen de 0,1 m220. m - XNUMX km.
En los límites de la zona de escaneo de azimut igual a ± 60 °, el rango de detección disminuye en un 20%.
El rango de detección en el hemisferio superior por IS es de 480 km, por misiles antibuque de gran altitud con tubos intensificadores de imagen de 0,3 m240. m - XNUMX km.
El rango de detección en el hemisferio inferior en un acimut de 45 ° hacia adelante es de 400 km, a lo largo del sistema de misiles antibuque: 145 km.
El error de una sola medición de ángulos a una distancia igual al 80% del rango de detección en el hemisferio inferior:
• en acimut - 0,12 °
• en elevación - 0,4 °.
Al rastrear un objetivo durante 3 seg. el error angular disminuye de 2 a 3 veces, y cuando el rango se reduce al 50% del rango de detección, disminuye 2 veces.
En el hemisferio superior:
• en acimut - 0,2 °
• en elevación - 0,4 °.
Características del AFAR nasal:
• rango de detección de IS tipo F-16 con intensificador de imagen 2 sq. m - 220 km;
• Misiles antibuque de baja altitud con intensificador de imagen de 0,1 m100. m - XNUMX km.
Error de medición de un solo ángulo:
• en acimut - 0,1 °
• en elevación - 0,8 °.
El peso total del bloque del radar es de 900 a 1000 kg.
El costo principal de la muestra en serie del radar depende del precio del PPM. Para reducir el precio, el volumen del pedido MRP debe ser grande, por ejemplo, 100 mil piezas. Presumiblemente, el costo del radar se mantendrá en $ 14 millones.
La ventaja de esta opción de AWACS es que, a pesar de su bajo peso y costo, proporciona un alto rango de detección y precisión de seguimiento de objetivos.
Las desventajas son:
- La complejidad de integrar el radar UAV y el complejo de radar (RLK) AK o UDC. El radar AK propuesto contiene 2 radares de los rangos de 5,5 cm y 70 cm y un módulo de reconocimiento de estado del rango de 20 cm. Por lo tanto, para la comunicación con el radar UAV, deberá realizar un módulo especial del rango de 10 cm.
- Dificultades surgidas en el trabajo conjunto de UAV AWACS y UAVs de seguridad de la información, basados en AK, en los que el radar opera en el rango de 5,5 cm.
Es decir, el radar AWACS no podrá resaltar objetivos. Para que el radar IS funcione en modo sigiloso o para usar la iluminación del radar AWACS para aumentar el rango de detección de objetivos usando el radar.
Otro inconveniente es la baja precisión para determinar la altura de los objetivos. Por ejemplo, el error en la medición de la altitud de un misil antibuque ubicado a una distancia de 150 km será (con seguimiento) de 0,5 km. Tal error no permitirá mostrar el PR usando el método de comando para el inicio.
Una mayor reducción de la longitud de onda del radar evitará estas desventajas.
2.2 Variante de un radar que funciona en el rango λ = 5,5 cm
En esta versión, existen limitaciones en las posibilidades de reducir λ.
En un AFAR convencional, los PPM se establecen con un paso igual a la mitad de λ. Por lo tanto, cuando λ se reduce a la mitad, el número de PPM instalados por unidad de área se cuadriplica.
Se obtendrá alguna reducción de costes debido al hecho de que el precio de PPM 5,5 cm será del 75-80% del precio de PPM 10 cm.
Además, puede prescindir de las partes izquierda y derecha del AFAR lateral. La parte central del AFAR contendrá 9216 PPM (144 * 64). Potencia de pulso 6 W. El costo total del radar se estima en $ 25 millones. La masa del radar será de 900-1000 kg.
Una ventaja adicional del alcance de 5,5 cm es la capacidad de suprimir el radar del sistema de defensa aérea Patriot.
2.2.1 Características del alcance del radar λ = 5,5 cm
Disminuir λ le permite reducir el ancho del haz del radar a 0,75 * 1,6 °.
La ventaja de esta versión del radar es una reducción de 1,6 veces en el error de medición de la altura del objetivo y la capacidad de controlar directamente la munición deslizante. Y también la capacidad de organizar la iluminación de objetivos para UAV IS, utilizar la iluminación del radar MF AK y transmitir información directamente al radar MF.
La desventaja es la reducción en el área del AFAR lateral, que reduce el rango de detección en un 15% al detectar IS. El rango de detección de los misiles antibuque de baja altitud no disminuye debido al uso de un haz verticalmente más estrecho.
Como resultado, obtenemos el rango de detección del AFAR lateral en el rango de ángulos en acimut de + 30 ° a -60 ° para IS 450 km y para misiles antibuque de baja altitud - 220 km. Los errores de las mediciones individuales de ángulos serán de 0,12 ° en acimut y 0,25 ° en elevación.
Los rangos de detección en un acimut de 45 ° hacia adelante serán 330 km para IS y 160 km para misiles antibuque.
3. Uso de AWACS para detectar objetivos terrestres y marítimos
AWACS no puede (debido a los reflejos de la superficie de la tierra) detectar objetivos fijos en el suelo en un modo de haz real. En la práctica, es posible detectar objetivos en movimiento o fijos en el modo del haz sintetizado, es decir, en las direcciones laterales.
El radar de cualquier UAV detecta un objetivo en movimiento en el contexto de los reflejos de otros objetos estacionarios debido a la diferencia en las velocidades de aproximación a un objetivo en movimiento y un objeto estacionario ubicado en las proximidades del objetivo.
En este caso, solo importa el componente radial del vector de velocidad del objetivo, es decir, dirigido a lo largo de la línea que conecta el radar y el objetivo. Las velocidades mínimas detectables del objetivo dependen del acimut del objetivo: cuanto más cerca esté el objetivo de la dirección de vuelo del IS, se podrá detectar la velocidad objetivo más baja.
Los objetivos que se encuentran en una dirección perpendicular a la dirección de vuelo son los que se detectan peor que todos. Pero AWACS no ataca al objetivo, sino que patrulla a lo largo del área de combate. En otras palabras, sus goles suelen estar de lado. Entonces, solo un haz estrecho permite la detección de objetivos a baja velocidad. El AFAR lateral con un ancho de haz de 0,7 ° permitirá detectar objetivos que se muevan a una velocidad radial de más de 5-6 km / h.
Por el contrario, en el modo de haz sintético, los objetivos ubicados en el lateral se detectan mejor. Es posible obtener una marca de un objetivo, como un tanque estacionario, a distancias de 100-200 km, pero es posible reconocer una marca como un objeto de vehículos blindados a distancias de aproximadamente 20-30 km.
Los objetivos marinos se detectan mucho más fácilmente que los objetivos terrestres debido al hecho de que el nivel de reflejos del mar con olas moderadas de 2-3 puntos es un orden de magnitud menor que el del suelo. Especialmente el nivel de interferencia se reduce a bajas altitudes del vuelo AWACS. Si el ángulo de planeo del rayo del radar resulta ser menor de 1 °, entonces el nivel de reflejos disminuirá en otros 1-2 órdenes de magnitud. Por lo tanto, se puede detectar incluso un objetivo pequeño. Por ejemplo, un bote pequeño con un intensificador de imágenes de 10 m200. m - a una distancia de XNUMX km, eligiendo la altitud de vuelo deseada.
4. Conclusiones
El UAV AWACS propuesto, a pesar del bajo peso de 6 toneladas, supera al avión Hawkeye AWACS en sus características técnicas y no es muy inferior al A-100 AWACS.
El bajo costo principal ($ 30-40 millones) y el bajo consumo de combustible asegurarán su alta competitividad incluso en el mercado terrestre de AWACS.
AWACS es capaz de proporcionar una guía de misiles sobre el horizonte.
Cuando se coloca en el AK, el AWACS asegura la coordinación de las acciones del UAV IS e incluso puede dirigir la munición planeadora lanzada desde ellos.
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